Formy i struktura
W porównaniu z mgławicami rozproszonymi (patrz region H II), mgławice planetarne są małymi obiektami, mającymi promień zwykle 1 roku świetlnego i zawierającymi masę gazu około 0,3 masy Słońca. Jedna z największych znanych mgławic planetarnych, Mgławica Helix (NGC 7293) w gwiazdozbiorze Wodnika, ma kąt około 20 minut łuku – dwie trzecie wielkości kątowej Księżyca. Mgławice planetarne są znacznie gęstsze niż większość regionów H II, zwykle zawierają 1 000-10 000 atomów na cm sześcienny w swoich gęstych regionach, a ich jasność powierzchniowa jest 1000 razy większa. Wiele z nich znajduje się tak daleko, że przy bezpośrednim fotografowaniu wydają się być gwiezdne, ale wyraźne przykłady mają rozmiar kątowy do 20 minut łuku, przy czym zwykle jest to 10-30 sekund łuku. Te, które wykazują jasny dysk, mają znacznie bardziej regularne kształty niż chaotyczne regiony H II, ale nadal zwykle występują pewne fluktuacje jasności na dysku. Planetarki mają na ogół regularne, ostre granice zewnętrzne; często mają też względnie regularną granicę wewnętrzną, co nadaje im wygląd pierścienia. Wiele z nich ma dwa płaty jasnej materii, przypominające łuki okręgu, połączone mostem, przypominającym nieco literę Z.
© IAC/RGO/Malin. Photograph by David Malin.
Większość planetariów ukazuje centralną gwiazdę, zwaną jądrem, która dostarcza promieniowania ultrafioletowego niezbędnego do jonizacji gazu w otaczającym ją pierścieniu lub powłoce. Gwiazdy te należą do najgorętszych znanych i znajdują się w stanie stosunkowo szybkiej ewolucji.
Tak jak w przypadku regionów H II, ogólna regularność strukturalna skrywa wielkoskalowe fluktuacje w gęstości, temperaturze i składzie chemicznym. Wysokorozdzielcze obrazy mgławicy planetarnej zwykle ujawniają drobne węzły i włókna aż do granicy rozdzielczości. Widmo mgławicy planetarnej jest w zasadzie takie samo jak widmo regionu H II; zawiera jasne linie pochodzące od rekombinacji wodoru i helu oraz jasne, wzbudzone zderzeniowo linie zabronione i słabe linie rekombinacyjne innych jonów. (Rekombinacja to proces, w którym atom na wysokim stopniu wzbudzenia przechwytuje elektron o niższej energii, a następnie spada do niższego stopnia wzbudzenia). Gwiazdy centralne wykazują znacznie większy zakres temperatur niż te w regionach H II, od stosunkowo chłodnych (25 000 K) do najgorętszych znanych (200 000 K). W mgławicach z gorącymi gwiazdami większość helu jest podwójnie zjonizowana, istnieją też znaczne ilości pięciokrotnie zjonizowanego tlenu i argonu oraz czterokrotnie zjonizowanego neonu. W rejonach H II hel jest głównie raz zjonizowany, a neon i argon tylko raz lub dwa razy. Ta różnica w stanach atomów wynika z temperatury jądra planety (do około 150 000 K), która jest znacznie wyższa niż temperatura gwiazdy wzbudzającej w regionach H II (mniej niż 60 000 K dla gwiazdy O, najgorętszej). Wysokie stopnie jonizacji występują w pobliżu gwiazdy centralnej. Rzadkie ciężkie jony, zamiast wodoru, absorbują fotony o energiach rzędu kilkuset elektronowoltów. Poza pewną odległością od gwiazdy centralnej wszystkie fotony o energii wystarczającej do zjonizowania danego gatunku jonów zostały zaabsorbowane, a zatem gatunek ten nie może istnieć dalej. Szczegółowe obliczenia teoretyczne dość skutecznie przewidziały widma najlepiej zaobserwowanych mgławic.
Widma mgławic planetarnych ujawniają jeszcze jeden interesujący fakt: rozszerzają się one od gwiazdy centralnej z prędkością 24-56 km (15-35 mil) na sekundę. Przyciąganie grawitacyjne gwiazdy jest dość małe w odległości powłoki od gwiazdy, więc powłoka będzie kontynuować swoją ekspansję, aż w końcu połączy się z otaczającym ją gazem międzygwiazdowym. Ekspansja jest proporcjonalna do odległości od gwiazdy centralnej, co jest zgodne z tym, że cała masa gazu została wyrzucona w jednym krótkim okresie od gwiazdy w jakimś rodzaju niestabilności.